Математическое моделирование распыления бинарных соединений

• Автор: Толпина, Мария Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. РЕЗУЛЬТАТЫ МД МОДЕЛИРОВАНИЯ В ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ I
Введение

1.1. Эрозия и модификация поверхности при ионном облучении

1.1.1.Введени е.

1.1.2. Модели расчета.

1.1.3 Обсуждение

1.2. Взаимодействие фуллереиов с полимерами от

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ К АНАЛИЗУ ПОВЕРХНОСТИ.

1.2.1. В веде те.

1.2.2. Методики.

1.2.3. Образование кратеров на поверхности и десорбция молекул при облучении фуллеренами.
1.2.4. Проблемы анализа состава поверхности и профиля распределения по глубине
1.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В РАСПЫЛЕНИИ
НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ МЕДЛЕННЫМИ ИОНАМИ
1.3.1. Обратное рассеяние ионов поверхностью кластеров
1.3.2. Энергетическая и размерная зависимость коэффициента распыления кластера.
1.4. Особенности распыления нитридов и их компонент.
1.4.1. Введение.
1.4.2. Методика моделирования.
1.4.3. Обсуждение.
1.4.3.1. Коэффициент распыления.
1.4.3.2. Преимущественное распыление компонент нитридов
1.4.3.3. Средние энергии распыленных частиц.
1.4.3.4.Отношения средних энергий компонент нитридов
1.5. Выводы главы 1.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МОЛЕКУЛЯРНО ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ.
2.1. Введение.
2.2. Уравнение Ныотона
2.3. Интегрирование уравнения Ныотона.
2.3.1. Метод центральных разностей
2.3.2. Метод средней силы.
2.3.3. Алгоритм ЭйлераКоши.
2.3.4. Метод предикторкорректор
2.3.5. Алгоритм Верле.
2.3.6. Метод Нордзика.
2.4. Выбор временного шага. Методика учета траекторий.
2.5. Потенциалы взаимодействия
2.5.1. Потенциал БорнаМайера.
2.5.2. Потенциалы притяэсения
2.5.3. Нахождение параметров потенциала взаимодействия
2.5.4. Выбор потенциала взаимодействия при моделировании распыления.
2.6. Модель мишени
2.7. Выводы главы 2.
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ РАСПЫЛЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ 1РЭ С РАЗНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КОМПОНЕНТ.
3.1.Введени е.
3.2. Методика расчета.
3.3. Результаты и обсуждение
3.3.1. Закономерности распыления поликристаллов 1 и Рс
3.3.1.1. Энергетическая зависимость коэффициентов распыления.
3.3.1.2. Зависимость распыления от угла падения облучающих ионов.
3.3.1.3. Пространственное распределение распыленных атомов
3.3.2. Распыление поликристаллов И1Рс1, М5Рс1 и Ы1Рс
3.3.2.1. Зависимость коэффициентов распыления от энергии ионов
3.3.2.2. Изменение распыления с углом падения ионов
3.3.2.3. Преимущественное распыление компонент.
3.3.2.4. Пространственное распределение распыленных частиц
3.4. Выводы главы 3.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МОНОКРИСТАЛЛА Ы1РО НА ПРОЦЕСС ЕГО РАСПЫЛЕНИЯ
4.1 .Введение.
4.2. Методика моделирования.
4.3. Результаты и обсуждение
4.3.1. Состав верхних слоев грани 1 монокристалла неупорядоченного соединения ШРс1.
4.3.2. Зависимость распыления моно и поликристалла Рс1 от энергии облучающих ионов.
4.3.3. Угловая зависимость распыления грани 1И1Рс1 для разного состава поверхностных слоев
4.3.4. Пространственное распределение эмитированных атомов V и Рс1 для неизменного состава грани 1 КЧРс1 и с учетом перестройки верхних слоев
4.4. Выводы ГЛАВЫ 4.
ГЛАВА 5. УГЛОВЫЕ И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПЫЛЕНИЯ НИТРИДА БОРА.
5.1.Введени е.
5.2. Модель расчета.
5.3. Результаты и обсуждение
5.3.1. Изменение распыления поликристалла ВЫ с углом падения бомбардирующих ионов
5.3.2. Зависимость коэффициента распыления поликристалла ВИ от его температуры.
5.3.3. Температурная зависимость пространственного распределения частиц В гИ, распыленных из поликристалла ВИ
5.4. Выводы главы 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТЬ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые получены угловые зависимости и пространственные распределения распыленных атомов, выходящих из упорядоченного соединения ВЫ в широком интервале его температур от 0 до С. Созданы математическая модель и методика расчета ионного распыления кристалла, позволяющие сократить время достоверного численного эксперимента на порядка по сравнению с обычным полным молекулярнодинамическим рассмотрением. Установленные закономерности распыления соединений ЬПРс1 с измененным составом поверхностных слоев важны для практического использования этого соединения при создании микроэлектронных и медицинских приборов. Обнаружены особенности распыления соединений ЬПРс с разным содержанием компонентов, которые необходимо учитывать при совершенствовании количественного ВИМС анализа твердого тела. Полученные закономерности распыления нитрида бора при высоких температурах важны для развития методов исследования состава материалов ионными пучками и при конструировании плазменных приборов. Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертации приняты к использованию при разработке учебного курса Физика для студентов специальностей АСУ, САПР факультета автоматизации и управления Московского государственного горного университета. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на чй Международной конференции Взаимодействие ионов с поверхностью Звенигород, г. Публикации. По результатам диссертации опубликовано 5 научных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит рисунков и библиографию из 0 наименований. Глава 1. Обзор литературы. Вопросы взаимодействия атомных частиц с твердым телом приобрели в последние годы большое значение благодаря использованию ионных пучков для направленного изменения свойств материалов и диагностики поверхности. С помощью экспериментальных методов не всегда возможно получить полную информацию о таких микроскопических процессах, как взаимодействие отдельных атомов с ионами и друг с другом, об их поверхностной диффузии и модификации поверхности. Мы знаем качественные закономерности распыления, некоторые из них описываются теоретически, но как только дело доходит до количественных результатов теоретических и численных, ситуация значительно ухудшается. Это обуславливается множеством различных процессов, одновременно происходящих на поверхности и внутри кристалла при бомбардировке атомными частицами, причем все эти явления коллективные и обусловлены большим количеством атомов и электронов. Вследствие значительных трудностей, возникающих при решении задачи взаимодействия ускоренных ионов с атомами решетки твердого тела, основным теоретическим методом описания как фундаментальных, так и прикладных задач, является метод математического моделирования. Этот метод позволяет выявить и изучить механизмы явления, а также найти общие закономерности, необходимые для создания теории процесса взаимодействия ионов с поверхностью твердого тела 1. Существует два основных подхода к моделированию при ионной бомбардировке твердых тел приближение парных столкновений и классический динамический метод, который называют методом молекулярной динамики МД 1. Оба подхода успешно используются на практике. В программах, основанных на приближении парных столкновений, движение атома в твердом теле рассматривается как последовательность парных столкновений . В отличие от модели парных столкновений классическая динамическая модель предусматривает исследование движения атомов в твердом теле, как функцию времени. В этой методике учитывается взаимодействие налетающей частицы или атома отдачи со всеми соседними атомами, поэтому ее можно назвать моделью многочастичного взаимодействия . Одним из преимуществ МД метода является наглядность получаемых данных, с помощью которых возможно прямо наблюдать на микроскопическом уровне, как кинетику процесса формирования измененной поверхности соединения, так и стабильные структуры, образующиеся в процессе этого изменения . Рассмотрим примеры использования МД моделирования взаимодействия частиц с твердым телом для актуальных проблем физики твердого тела.